(57)【要約】【課題】  反射型回折格子の製造工程及び時間を削減し併せて品質向上をはかる。【解決手段】  金属ガラス１をそのガラス転移点温度以上に加熱する加熱工程と、加熱された金属ガラス１を所定の凹凸形状が形成された転写用金型２０で押圧してその凹凸形状を金属ガラス１に転写する転写工程と、金属ガラス１をそのガラス転移点温度より低い温度に冷却し転写用金型２０の押圧を解除して金型２０を金属ガラス１から引き離す離型工程と、転写用金型２０から引き離された金属ガラス１を常温まで冷却する冷却工程とを備える。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属ガラスをそのガラス転移点温度以上に加熱する加熱工程と、
加熱された前記金属ガラスを所定の凹凸形状が形成された金型で押圧して前記凹凸形状を前記金属ガラスに転写する転写工程と、
前記金属ガラスをそのガラス転移点温度より低い温度に冷却し前記金型の押圧を解除して前記金型を前記金属ガラスから引き離す離型工程と、
前記金型から引き離された前記金属ガラスを常温まで冷却する冷却工程と、
を備えたことを特徴とする金属ガラス製反射型回折格子の製造方法。
【請求項２】
前記金型の凹凸形状がシリコンの１１０面異方性エッチングにより形成されたものであることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記金型の凹凸形状がステンレス鋼の切削加工により形成されたものであることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記金型の凹凸形状が石英ガラスのイオンエッチングまたはイオンミリングにより形成されたものであることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記金属ガラスの加熱を不活性ガス雰囲気中で行うことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
前記金属ガラスの加熱を真空中で行うことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
真空状態において前記金属ガラスを前記金型で押圧することを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
前記転写工程において圧縮力が蓄積され、前記離型工程においてその圧縮力が開放される弾性体の弾性力を利用して前記金型を前記金属ガラスから引き離すことを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれかに記載の方法で製造された金属ガラス製反射型回折格子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子である反射型回折格子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
反射型回折格子は、表面に凹凸を形成した樹脂などの基板にアルミなどの金属を蒸着などの方法で成膜し、その上にアルミが腐食しないようにさらに腐食防止膜を形成して製造するのが最も一般的な方法である（例えば、特許文献１）。また、反射型回折格子は、金属板の表面に切削加工により凹凸を形成して製造することもできる。
【特許文献１】特開平８−１５５１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、表面を凹凸とした基板にアルミを蒸着させる方法は、作業工程が多く、大掛かりな装置も必要となるため、製造に時間やコストがかかる。また、樹脂と金属膜の熱膨張率の差により温度の変化に伴って格子形状のゆがみや金属膜の割れ、はがれ、および浮きなどを発生することがあった。一方、金属表面に切削加工を施すものは、１ｍｍに数百〜数千本もの溝を加工するため、製造に非常に時間がかかる。
本発明は上記課題に鑑みてなされたもので、従来より簡素な方法でしかも信頼性の高い反射型回折格子を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の反射型回折格子の製造方法は、金属ガラスをそのガラス転移点温度以上に加熱する加熱工程と、加熱された前記金属ガラスを所定の凹凸形状が形成された金型で押圧して前記凹凸形状を前記金属ガラスに転写する転写工程と、前記金属ガラスをそのガラス転移点温度より低い温度に冷却し前記金型の押圧を解除して前記金型を前記金属ガラスから引き離す離型工程と、前記金型から引き離された前記金属ガラスを常温まで冷却する冷却工程と、を備えたことを特徴とする。金属ガラスは、ガラス転移点以上の温度で粘性流動体状態になり、また結晶がないアモルファスであるため、その粘性流動体状態で金型を押圧することにより金型の凹凸形状および凹凸面が精度よく金属ガラスに転写される。
【０００５】
また、前記金型の凹凸形状がシリコンの１１０面異方性エッチングにより形成されたものであることを特徴とする。シリコンの１１０面異方性エッチングにより形成された凹凸形状はその精度が高くしかもその面が鏡面となっているため、金属ガラスに転写される凹凸形状も同様に精度がよく、かつその凹凸面が鏡面となってその反射率も向上する。なお、前記金型の凹凸形状がステンレス鋼の切削加工により、または石英ガラスのイオンエッチングあるいはイオンミリングにより形成されたものとしてもよく、これらの場合にはシリコンの１１０面異方性エッチングでは形成できない凹凸形状を有した反射型回折格子も作ることができる。
【０００６】
また、前記金属ガラスの加熱を不活性ガス雰囲気中または真空中で行うことを特徴とする。これにより、金属ガラスの酸化が防止できる。
また、真空状態において前記金属ガラスを前記金型で押圧することを特徴とする。こうすることで、金型の凹凸面に金属ガラスが充填されやすくなる。
さらに、前記転写工程において圧縮力が蓄積され、前記離型工程においてその圧縮力が開放される弾性体の弾性力を利用して前記金型を前記金属ガラスから引き離すことを特徴とする。これによれば、転写工程で加えられた押圧力を利用して金属ガラスから金型を引き離すことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の実施の形態を詳しく説明する。本発明の方法を実施するに当たっては、反射型回折格子の素材となる金属ガラスと、金属ガラスに反射型回折格子の凹凸形状を転写する転写用金型と、その転写を行うためのプレス装置が必要となる。
【０００８】
金属ガラスは、すでによく知られているように、Ａｌ基、Ｚｒ基、Ｐｄ基、Ｎｉ基などからなるアモルファス金属であって、金属でありながら酸化物ガラスのようにガラス転移点以上の温度で粘性流動状態となる性質を有する。具体的なものとしては、Ｚｒ55Ａｌ10Ｃｕ30Ｎｉ5 や、Ｐｄ40Ｃｕ30Ｎｉ10Ｐ20 などがあり、その他にも、Ｐｄ−Ｎｉ−Ｆｅ−Ｐ、 Ｐｄ−Ｃｕ−Ｂ−Ｓｉ、Ａｌ−Ｃｓ−Ｎｉ、Ｎｉ−Ｚｒ−Ｔｉ−Ｓｎ−Ｓｉなどの合金がある。
【０００９】
転写用金型は、得ようとする反射型回折格子の反射面形状の反転形状が形成されたものである。反射型回折格子は、図１に示すような、矩形の凹凸形状（図１（ａ））やＶ字状の凹凸形状（図１（ｂ））が一定のピッチで多数形成されてなるものであり、従って、転写用金型もそれに対応した凹凸形状を備える必要がある。この金型の凹凸形状は、得ようとする反射型回折格子の波長や反射角などを考慮した光学設計に基づいて設計製作される。なお、この凹凸形状は、例えば１ｍｍ幅に数百〜数千本の溝が形成され、溝幅、溝深さとも数百ｎｍ〜数μｍ程度のものである。本実施の形態では、この金型をシリコンで構成し、その凹凸形状をシリコンの１１０面異方性エッチングにより形成したものを用いる。シリコンの１１０面異方性エッチングにより形成した凹凸形状はその精度が高くしかもその面が鏡面となるという、反射型回折格子の製造にとってきわめて有利な特徴を有するからである。
【００１０】
プレス装置は、熱間プレスおよびプレス後の冷却が可能な例えば図２に示すような装置である。このプレス装置１０は、上型１１と下型１２とを有し、例えば上型１１に転写用金型２０を取り付け、下型１２に金属ガラス（または金属ガラス塊）１を載置し、これらの上下型１１，１２を押圧して、転写用金型２０の形状を金属ガラス１へ転写する。その場合、上型１１の転写用金型２０の周囲の数カ所にばね１４などの弾性体で付勢されるイジェクトピン１５を配して、上下型１１，１２を近づけるとばね１４が圧縮されてイジェクトピン１５が上型１１側に引き込まれ、上下型１１，１２を引き離すとその圧縮が解放されてイジェクトピン１５が下型１２側へ押し出されるように構成するのがよい。このようにすると、イジェクトピン１５が金属ガラス１と転写用金型２０とを引き離すように作用するからである。
【００１１】
次に、金属ガラス製反射型回折格子の製造方法を図３〜図８に示す工程図に沿って説明する。まず、図３に示すように、転写用金型２０をその凹凸面が下型１２側を向くようにして上型１１に取り付け、金属ガラス１を下型１２の上の置く。このとき、金属ガラス１はイジェクトピン１５にかかる大きさをとする。また、金属ガラス１はプレス転写が終了してプレス装置１０から取り出した際に、所望のサイズとなっているような形状にあらかじめ調整しておくのが好ましい。
【００１２】
次に、図４に示すように、金属ガラス１および転写用金型２０を加熱して、それらを金属ガラス１のガラス転移点温度以上の温度にする（加熱工程）。ガラス転移点温度は金属ガラスの種類によって相違するが、例えばＺｒ55Ａｌ10Ｃｕ30Ｎｉ5 の場合、４５０〜４７０℃である。なお、この加熱方法は特に限定されるものではなく、例えばプレス装置１０の上下型１１，１２を赤外線ヒータなどで加熱することで行うことができる。また、酸化しやすい金属ガラスの場合には、窒素、アルゴン、ヘリウムなどの不活性ガス雰囲気中、または真空中で加熱するのが好ましい。
【００１３】
次に、図５示すように、上型１１と下型１２を押圧すべく上型１１を引き下げる。なお、加工雰囲気が真空になっていない場合にはそれを真空とした後上型１１を引き下げると、転写用金型２０の凹凸面に金属ガラス１が充填されやすくなる。そして、図６に示すように、温度を保ったまま上型１１を引き下げて行き、下がりきったところ（転写用金型２０の凹凸形状が十分に転写される位置）で、所定の加重をかけて所定の時間保持する（転写工程）。この加重および時間は、例えばＺｒ55Ａｌ10Ｃｕ30Ｎｉ5 の場合、３０〜６０ＭＰの加重を、４５０℃の温度のときは３分程度、４６０℃の温度のときは２分程度、４７０℃の温度のときは１分程度かける。
【００１４】
続いて、図７に示すように、金属ガラス１および転写用金型２０を冷却してゆき、そのガラス転移点温度より低い温度で金属ガラス１が転写された形状を保持できる温度となった時に（Ｚｒ55Ａｌ10Ｃｕ30Ｎｉ5 の場合は、約３９０℃）、上型１１を上方に引き上げて下型１２から引き離す。このとき、イジェクトピン１５がバネ１４によって付勢され金属ガラス１に作用して、金属ガラス１から転写用金型２０を引き離す（離型工程）。このようにすることで、冷却時の熱収縮による金属ガラス１の転写用金型２０への食いつきを最小限に抑えることができる。なお、上型１１は、転写用金型２０が完全に金属ガラス１から離れるまで引き上げるのがよい。また、この冷却方法は特に限定されるものではなく、例えば上下型１１，１２を窒素ガスなどで冷却することで行うことができる。
【００１５】
さらに、図８に示すように、金属ガラス１を引き続き冷却して常温状態とし（冷却工程）、最後に、上型１１を完全に引き上げて金属ガラス１をプレス装置１０の下型１２から取り出す。以上のように、本実施の形態によれば、金属ガラス製反射型回折格子が一回の成形で製造できる。
【００１６】
図９は上記実施の形態の方法により製造された反射型回折格子２の反射面２Ａを示す斜視図である。この反射型回折格子２は、シリコンの１１０面異方性エッチングにより形成された矩形の凹凸形状が反射面２Ａに転写されており、転写された凹凸の精度がよくしかも反射面２Ａは鏡面となって反射率が向上する。また、この反射型回折格子２は金属ガラスからなるため、強度及び耐腐食性の点でも優れている。さらに、反射面に反射膜を成膜していないため、反射膜の割れ、はがれ、および浮きなどが発生することもなく、その品質も向上する。
【００１７】
上記実施の形態では、転写用金型２０の凹凸形状がシリコンの１１０面異方性エッチングにより形成されたものを利用した。しかしながら、転写用金型２０の凹凸形状はステンレス鋼のダイヤモンドカッターを使った切削により、または石英ガラスのイオンエッチング、イオンミリングあるいは収束イオンビーム加工などにより形成されたものとしてもよい。これらの利点は、シリコンの１１０面異方性エッチングでは形成できない２段の凹凸形状や、斜めのＶ溝などからなる凹凸形状を有する反射型回折格子を作ることができることである。
【産業上の利用可能性】
【００１８】
本発明は光学素子である反射型回折格子を製造するのに利用でき、製造工程および製造時間を大幅に削減し、反射型回折格子の品質を向上させる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】反射型回折格子の反射面または転写用金型の転写面を説明する図。
【図２】本発明の実施形態で使用するプレス装置の説明図。
【図３】本発明の実施形態の方法を示す工程図。
【図４】本発明の実施形態の方法を示す工程図。
【図５】本発明の実施形態の方法を示す工程図。
【図６】本発明の実施形態の方法を示す工程図。
【図７】本発明の実施形態の方法を示す工程図。
【図８】本発明の実施形態の方法を示す工程図。
【図９】本発明の方法で製造された反射型回折格子の反射面を示す斜視図。
【符号の説明】
【００２０】
１…金属ガラス、２…反射型回折格子、１０…プレス装置、１１…上型、１２…下型、１４…ばね、１５…イジェクトピン、２０…転写用金型。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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